MnO热分解制备MnO的动力学及工艺研究

摘要

Mn304是制备铁氧体和锰酸锂的优质原料。MR02热分解是制备]~1304的有效途径，而MnO<,2>热分解动力学数据又是优化制备过程、提高产品性能的基础。本文主要用TG/DTA、XRD和SEM研究了MnO<,2>的热分解动力学。 TG/DTA和XRD的分析结果表明，MRO<,2>热分解生成Mn<,3.O<,4>这一过程是分步进行的：500℃～900℃发生的反应是4MnO<,2>=2Mn<,2>O<,3>+O<,2>；900℃～1170℃发生的反应是6Mn<,2>O<,3>=4Mn<,3>O<,4>+O<,2>↑。 第一步反应4MnO<,2>=2Mn2O<,3>+O<, 2>↑属于晶核形成与增长控制，随着反应进行晶核数目不断减少，晶核生长是受相界面控制的二维增长。动力学方程为G(α)=[-ln(1-α)]<'2> (T<650℃)和G(α)=[-ln(1-α)]<'3>(T=650℃)，表观活化能为90.239kJ·mol<'-1>，指前因子为3.12×10<'4>S<'-1>。 第二步反应是6Mn<,2>O<,3>=4Mn<,3>O<,4>+O<,2>↑，温度范围为900℃～1170℃，反应过程属于晶核形成与增长控制，在反应过程中晶核数目不断减少，晶核生长方式是受相界面控制的三维增长，热分解动力学方程为G(α)-[-ln(1-α)]<'3>，表观活化能为204.67kJ-mol<'-1>，指前因子为4.78×10<'7>s<'-1>。 在动力学研究基础上，用单因素实验和正交实验研究了分解温度、时间和冷却方式对产品锰含量的影响。1050℃下放入原料后保温反应2.0h，制备Mn<,3>O<,4>的最佳工艺条件为：在产品在炉外空气中封盖冷却。在此工艺条件下所得产品经化学方法分析其含锰量为71.70％，符合电子级标准。本实验结果可为MRO<,2>分解制备Mn<,3>O<,4>的制备工艺与过程开发提供基础数Mno<,2>热分解制备Mn<,3>O<,4>的动力学及工艺研究据和理论指导，具有一定的理论意义和实用价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章研究现状及进展

1.1四氧化三锰的制备方法研究

1.1.1固相法

1.1.2液相法

1.1.3溶剂热法

1.2 MnO2热分解机理研究现状

1.2.1热分解反应过程

1.2.2热分解动力学

1.3本课题的研究意义和内容

1.3.1研究意义

1.3.2研究内容

第二章固相反应的动力学理论

2.1固相反应的特点

2.2固态反应的机理模型及速率方程

2.2.1扩散控制的机理模型及速率方程

2.2.2相界面反应控制的机理模型及速率方程

2.2.3晶核形成及增长控制的机理模型及速率方程

2.3固态反应的影响因素

2.3.1反应混合物的比例和矿化剂

2.3.2颗粒形状、大小及分布

2.3.3温度

2.3.4压力

第三章实验方法

3.1实验部分

3.1.1实验试剂和仪器

3.1.2原料预处理

3.1.3分解速率的测定

3.1.4样品的表征

3.1.5锰含量的化学分析方法

3.2动力学数据的处理

3.2.1模式配合法

3.2.2通式筛选法

第四章二氧化锰的热分解动力学

4.1 TG/DTA和XRD分析

4.2 MnO2的分解动力学

4.2.1温度对MnO2分解速率的影响

4.2.2颗粒大小对MnO2分解速率的影响

4.2.3 MnO2分解过程的X射线衍射分析

4.2.4 MnO2分解过程的SEM形貌分析

4.2.5 MnO2的分解动力学模型

4.2.6表观活化能

4.3 Mn2O3的分解动力学

4.3.1温度对Mn2O3分解速率的影响

4.3.2颗粒大小对Mn2O3分解速率的影响

4.3.3 Mn2O3分解过程的X射线衍射分析

4.3.4 Mn2O3分解过程的SEM形貌分析

4.3.5 Mn2O3的分解动力学模型

4.3.6表观活化能

4.4本章小结

第五章四氧化三锰制备工艺研究

5.1单因素实验

5.1.1焙烧方式

5.1.2加盖方式

5.1.3冷却方式

5.1.4反应温度

5.1.5反应时间

5.2正交实验部分

5.2.1正交表设计

5.2.2正交实验结果与讨论

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1论文研究结果

6.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士期间发表的论文